CN104343964A - 用于混合动力车的液压动力传动系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于混合动力车的液压动力传动系，其可除了液压驱动单元之外还使用双小齿轮行星齿轮和同步套筒，选择性地将液压驱动单元或发动机的动力传递到驱动轮。更具体地，本发明提供一种用于混合动力车的液压动力传动系，其可以通过结合液压驱动单元、双小齿轮行星齿轮和同步式变速器实现能够选择性地传送发动机或液压驱动单元的动力的、用于混合动力车的无级变速器，从而实现各种驱动模式并使燃油效率最大化。

Description

用于混合动力车的液压动力传动系

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力车的液压动力传动系（hydraulicpower train）。更具体地，本发明涉及一种用于混合动力车的液压动力传动系，其可以除了液压驱动单元之外还使用双小齿轮行星齿轮（double pinion planetary gear）和同步套筒，选择性地将液压驱动单元或发动机的动力传递到驱动轮。

背景技术

最近，由于高油价和二氧化碳排放法规使得汽车制造商倾向于将提高燃料效率和车辆的生态友好作为核心目标和发展目标。汽车制造商一直致力于开发一种减少燃料的技术以实现上述目标和目的。因而，汽车制造商正专注于通过大量生产环保型车辆，如纯电动汽车、混合动力和插电式混合动力车和燃料电池汽车，来改善环保形象和技术技能。

在这些环保汽车类型中，混合动力车通过利用电机和发动机作为动力源可促进废气的减少和燃料效率的提高。混合动力车需要具有高效率和性能动力的传动系统，以便将发动机的动力或电机的动力单独或同时传递到驱动轮。

如图1所示，用于混合动力车的典型动力传动系包括直接彼此相连的发动机1和电机2、设置在发动机1与电机2之间用以传递或中断发动机的动力的离合器3、改变动力速度以便将动力输出到驱动轮6的变速器4、以及连接到发动机的曲轴皮带轮以便启动发动机并发电的发电机5。

混合动力车的驱动模式包括动力传动系，该动力传动系包括电动车辆（EV）模式，即仅使用电机动力的纯电动车辆模式，使用发动机作为主要动力源和电机作为辅助动力源的混合动力电动车辆（HEV）模式，以及通过车辆制动或车辆惯性行驶期间的电机发电回收车辆的制动或惯性能量并向电池充电的再生制动（RB）模式。

如上所述用于混合动力车的动力传动系可以使用电机代替发动机来保障驱动力，并提高在需要巡航行驶或较小输出的驱动条件下的燃料效率。另一方面，在需要较大输出的驱动条件下，通过将发动机在高效率的工作点操作并允许电机被驱动为不足的输出或通过过度的输出产生电力，该用于混合动力车的动力传动系与内燃机车辆相比能够显著地提高燃料效率。

然而，对于插电式混合动力车的驾驶性能的扩展而言，当需要大量的电机驱动力时存在一定的限制，因为电机系统的规格必须不断地增大。因此，需要开发高效率和性能的驱动动力传动系统用于混合动力车，为环保汽车的时代做准备。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此可包含不构成被本国家的本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种用于混合动力车的液压动力传动系，其可实现各种驱动模式并使燃油效率最大化，通过结合液压驱动单元、双小齿轮行星齿轮和同步式变速器实现用于混合动力车的无级变速器（CVT），该CVT能够选择性地传递发动机或液压驱动单元的动力。

在一方面，本发明提供一种用于混合动力车的液压动力传动系，包括：双小齿轮行星齿轮组；动力可传递地连接到该双小齿轮行星齿轮组的一个操作部件的发动机；动力可传递地连接到该双小齿轮行星齿轮组的另一操作部件的第一液压驱动单元；动力可传递地连接到该双小齿轮行星齿轮组的其他操作部件的第二液压驱动单元；液压可供应地连接到该第一液压驱动单元和第二液压驱动单元的液压供应单元；连接到与发动机和第一液压驱动单元相连接的双小齿轮行星齿轮组的操作部件的输出轴以将动力传递到驱动轮的输出齿轮组；以及安装在与发动机相连接的双小齿轮行星齿轮组的操作部件的输出轴上以控制发动机动力的动力中断单元（power intermittence unit）。

在示例性的实施方式中，发动机可包括输出轴，其连接到双小齿轮行星齿轮组的操作部件中的环形齿轮。

在另一示例性的实施方式中，第一液压驱动单元可包括输出轴，其连接到双小齿轮行星齿轮组的操作部件中的行星过桥齿轮（planetarycarrier gear）。

在又一示例性的实施方式中，第二液压驱动单元可包括输出轴，其连接到双小齿轮行星齿轮组的操作部件中的恒星齿轮。

在又一示例性的实施方式中，第一液压驱动单元和第二液压驱动单元可包括液压电机或液压泵。

在又一示例性的实施方式中，液压供应单元可以包括高压储能器（accumulator）和低压贮液器（reservoir），该高压储能器存储液压能量或向第一和第二液压驱动单元供应液压能量，该低压贮液器连接到高压储能器的排出管线。高压储能器可包括被设在该高压储能器的最内侧用以储存气体使得气体被压缩的气室、设在该高压储能器的最外侧用以存储油使得油在此流入和流出的油室、以及设在气室与油室之间用以在气体膨胀时朝油室移动或在油加压时朝气室移动的活塞。

在又一示例性的实施方式中，输出齿轮组可包括：设在环形齿轮的输出轴上以根据动力中断单元的动力许可或中断来旋转或停止旋转的第一输出齿轮，该环形齿轮在双小齿轮行星齿轮组的操作部件中与发动机相连接；连接到行星过桥齿轮的输出轴，并且同时与第一输出齿轮啮合的第二输出齿轮，该行星过桥齿轮在双小齿轮行星齿轮组的操作部件中与第一液压驱动单元相连接；以及降低第二输出齿轮的动力以将动力传递至驱动轮的多个减速齿轮。

在另一示例性的实施方式中，动力中断单元可以连接到与发动机连接的环形齿轮的输出轴，从而在移动靠近第一输出齿轮时将环形齿轮的旋转动力传递至第一输出齿轮，或者在移动远离第一输出齿轮时中断环形齿轮的旋转动力到第一输出齿轮的传递。

在又一示例性的实施方式中，在进入混合动力电动车（HEV）驱动模式时，其中同时驱动发动机、第一液压驱动单元和第二液压驱动单元，根据第一液压驱动单元的工作的动力可被用作与即将输出至驱动轮的发动机的动力结合的辅助动力，并且第二液压驱动单元可用于控制发动机工作点，同时通过双小齿轮行星齿轮组的恒星齿轮接收发动机的动力。

本发明的其它方面和示例性实施方式在下文中讨论。

附图说明

本发明的上述和其他特征将参照附图中示出的某些示例性实施方式进行详细描述，其中附图仅出于举例说明的目的在下文给出，并且因此不限制本发明，并且其中：

图1是示出用于混合动力车的示例性动力传动系统的示图；

图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于混合动力车的液压动力传动系的示图；

图3至7是示出根据本发明的示例性实施方式的用于混合动力车的液压动力传动系的每个操作模式的动力传递路径的示图；

图8是示出根据本发明的示例性实施方式的用于混合动力车的液压动力传动系的储能器的内部结构的示图；以及

图9是示出同步套筒的操作原理的示图，该同步套筒用作根据本发明的示例性实施方式的混合动力车的液压动力传动系的动力中断单元。

所列附图中引用的标号包括对以下进一步讨论的元素的参考：

10：双小齿轮行星齿轮组            12：环形齿轮

14：行星过桥齿轮                  16：恒星齿轮

20：发动机                        30：第一液压驱动单元/泵

40：第二液压驱动单元/泵           50：液压供应单元

52：高压储能器                    54：低压贮液器

55：气室                          56：油室

58：活塞                          60：动力中断单元

70：输出齿轮组                    72：第一输出齿轮

74：第二输出齿轮                  76：减速齿轮

80：驱动轮

应当理解的是，附图不一定是按比例绘制的，呈现说明本发明的基本原理的各种示例性特征的略微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征包括，例如，特定的尺寸、方向、位置和形状部分地由特定的既定应用和使用环境来确定。

在图中，参考数字在整个附图中指代本发明的相同或等效的部件。

具体实施方式

现在将在下文中详细参考本发明的各个实施方式，其实例在附图中示出并在下文进行描述。虽然本发明将结合示例性的实施方式描述，应当理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性的实施方式。与此相反，本发明意在不仅涵盖示例性的实施方式，而且涵盖各种替代、修改、等同物及其它实施方式，它们可以包括在由所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围内。

应理解，当在本文中使用时，术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般包括机动车辆，如客车，包括运动型多功能车（SUV）、公交车、货车、各类商用车，船舶，包括各种船和艇，飞行器等，并包括混合动力车、电动车、插电式混合动力电动车、氢动力汽车和其他替代燃料汽车（例如，来自石油以外的能源的燃料）。如本文所述，混合动力车是一种具有两个或更多动力源的车辆，例如同时使用汽油动力和电动力的车辆。

本发明的上述和其它特征在下文中讨论。

在下文中，本发明的示例性实施方式将参照附图进行详细说明，使得本领域技术人员可以容易地实施本发明。

在下文中，本发明的示例性实施方式将参照附图进行详细说明。

参照图1，根据本发明的示例性实施方式的用于混合动力车的液压传动系涉及一种除了将传递发动机的动力，而且将液压驱动单元的动力传递到驱动轮的液压无级变速器。该液压动力传动系可包括：除了由发动机20以外还由液压供应单元50驱动的第一液压驱动单元30和第二液压驱动单元40。

第一液压驱动单元30可以提供车辆运行时的驱动力，并且可以在再生制动过程中将液压压力充入液压供应单元中。另外，第一液压驱动单元30可以被提供用于辅助发动机的动力，并且优选地，可包括液压电机或液压泵。

第二液压驱动单元40可接收来自发动机的某些动力以便控制发动机工作点，并且可以将液压压力充入液压供应单元的致动器（actuator）中。另外，第二液压驱动单元40可以用于启动发动机，并且可以包括液压电机或液压泵。

第一和第二液压驱动单元30和40以及发动机20的输出轴可以动力可传递地连接到执行动力分流的双小齿轮行星齿轮组10的各部件。

更具体地，发动机的输出轴可以连接到双小齿轮行星齿轮组10的致动部件中的环形齿轮12。第一液压驱动单元30的输出轴可以连接到双小齿轮行星齿轮组10的致动部件中的行星过桥齿轮14，并且第一液压驱动单元30的输出轴可以动力可传递地连接到双小齿轮行星齿轮组10的致动部件中的恒星齿轮16。在这种情况下，行星过桥齿轮14可以成对地设置在恒星齿轮16与环形齿轮12之间以便可旋转地支撑被以均匀的间隔设置在圆周方向上的小齿轮。

液压供应单元50可连接到第一液压驱动单元30和第二液压驱动单元40。液压供应单元50可包括高压储能器52和低压贮液器54，高压储能器52存储液压能量或向第一和第二液压驱动单元30和40供应液压能量，低压贮液器54连接到高压储能器52的排出管线，从而存储剩余流体用于液压供应。

液压供应单元50的高压储能器52的内部，如图8所示，可以分成设置在最内侧并存储压缩气体的气室54、和设置在最外侧并存储油使得油可以在此流入和流出的油室56。活塞58可设置在气室54与油室56之间。

因此，当气室54膨胀时，由于气体压力，活塞58可朝向油室56移动，并且油室56的液压油可被供应到第一和第二液压驱动单元30和40。紧接着，被用作第一和第二液压驱动单元30和40的液压电机和液压泵可协同操作，产生动力用于车辆的驱动。

另一方面，当再生制动或发动机的动力被反向输入第一和第二驱动单元30和40时，驱动液压电机和液压泵的液压油可以快速返回油室56，与此同时，油室56内部的油可被加压。在这种情况下，由于油的压缩压力，活塞58可以朝向气室移动，压缩气室54内的气体。因此，气室54内的压缩气体也可保持膨胀能量。

同时，向驱动轮80传递动力的输出齿轮组可分别连接至，在双小齿轮行星齿轮组10的致动因素中，与第一液压驱动单元30连接的行星过桥齿轮14的输出轴和与发动机20连接的环形齿轮12的输出轴。

更具体地，输出齿轮组可包括第一输出齿轮72和第二输出齿轮74以及多个减速齿轮76。第一输出齿轮72可连接到环形齿轮12的输出轴以根据动力中断单元60的动力许可或中断来旋转或停止旋转，其中环形齿轮12在双小齿轮行星齿轮组10的操作部件中连接到发动机20。第二输出齿轮74可连接到行星过桥齿轮14的输出轴并且同时可与第一输出齿轮72啮合，其中行星过桥齿轮14在双小齿轮行星齿轮组10的操作部件中连接到第一液压驱动单元30。多个减速齿轮76可降低第二输出齿轮74的动力从而将动力传递至驱动轮80。

动力中断单元60可以安装在与发动机20连接的双小齿轮行星齿轮组10的环形齿轮12的输出轴，以便借助发动机的驱动一起旋转，并且可包括典型的同步套筒，该同步套筒具有根据输入操作可水平地转移的结构。

即，作为动力中断单元60操作的同步套筒可以连接到与发动机20连接的环形齿轮12的输出轴，从而在根据输入操作移动靠近第一输出齿轮72时将环形齿轮12的旋转动力传递至第一输出齿轮72，或者在移动远离第一输出齿轮72时中断环形齿轮12的旋转动力向第一输出齿轮72的传递。

参照图9，示出同步套筒的操作原理。该同步套筒可水平转移地安装在转动驱动轴上，并且第一级齿轮和第二级齿轮可设置横跨同步套筒。当同步套筒根据输入操作移动靠近第一级齿轮时，旋转驱动轴的动力可传递到第一级齿轮。另一方面，当同步套筒根据输入操作移动靠近第二级齿轮时，旋转驱动轴的动力可传递到第二级齿轮。

与此同时，可以在储能器与第一和第二液压驱动单元之间的液压管线添加单独的电磁阀，从而通过根据每个驱动模式的操作定时的打开和关闭，控制液压油的流动。

在下文中，将详细描述根据本发明的实施方式的用于混合动力车的液压动力传动系的操作模式。

电动车辆（EV）模式（参照图3）

EV模式是指传递被用作第一液压驱动单元30的液压电机或泵的驱动力来驱动车轮的驱动模式。首先，当储能器52的气室54内的压缩气体保持膨胀能量时，由于气体膨胀期间的气体压力，活塞58可朝向油室56移动，并且油室56内的液压油可被供应到在第一液压驱动单元30中使用的液压电机或液压泵。

此后，基于第一液压驱动单元30的操作的旋转动力可被传递到双小齿轮行星齿轮组10的行星过桥齿轮14的输入侧，并且然后可以被传递到行星过桥齿轮14的输出侧。

例如，由行星过桥齿轮14在输入侧支撑的输入侧小齿轮可在其轴上随着环形齿轮12旋转，与此同时，输出侧小齿轮可围绕恒星齿轮16旋转。因此，支撑输出侧小齿轮的输出侧行星过桥齿轮14可转动。

然后，传递到输出侧行星过桥齿轮14的动力可被输出到与输出侧行星过桥齿轮14的输出轴连接的第二输出齿轮，然后可通过减速齿轮76输出到驱动轮80，使得实现车辆的初始低速行驶。

混合动力电动车辆（HEV）模式（见图4）

在上述EV模式中，发动机可被驱动，因此发动机的动力可被传递到环形齿轮12，由于连续地啮合由行星过桥齿轮14支撑的双小齿轮的移动，使恒星齿轮16在与环形齿轮12相同的方向旋转。

在这种情况下，环形齿轮12的旋转力，即发动机的动力可以被添加到行星过桥齿轮14的动力中，并且因此，第一液压驱动单元30和发动机的动力可以结合输出到第二输出齿轮74，再通过减速齿轮76输出到驱动轮80，从而实现车辆的中速行驶。

在这种情况下，由行星过桥齿轮14支撑的双小齿轮的旋转力可通过恒星齿轮16传递到第二液压驱动单元40，使得用作第二驱动单元40的液压电机或泵被反向驱动，并且因此用于控制发动机工作点。另外，第二液压驱动单元40的液压压力可被供应到第一液压驱动单元30。

在进入HEV驱动模式时，由于发动机20、第一液压驱动单元30和第二液压驱动单元40被同时驱动，基于第一液压驱动单元30的操作的动力可以被用作辅助动力，与发动机20的动力结合被输出到驱动轮。另外，在通过双小齿轮行星齿轮组10的恒星齿轮16接收发动机动力时操作的第二液压驱动单元40可以用于控制发动机工作点。

再生制动（RB）模式（参见图5）

再生制动模式表示以下操作模式：其中在车辆的行驶过程中制动时，依次向驱动轮、减速齿轮76、第二输出齿轮74以及行星过桥齿轮14施加反向扭矩从而将气体和液压压力充入储能器52中。

因此，当基于再生制动的转矩被反向输入第一液压驱动单元30中时，被施加到第一液压驱动单元30的液压油可以快速返回储能器52的油室56以被压缩冲入，与此同时，活塞58可通过油的压缩力移向气室54，压缩气室54内的气体。因此，气室54内的压缩气体可以再次保持膨胀能量。

纯发动机模式（参见图6）

当从储能器52供应到第一和第二液压驱动单元30和40的液压压力被释放从而终止第一和第二液压驱动单元30和40的运转时，只有发动机20可以被驱动。在这些条件下，被用作动力中断单元60的同步套筒可根据输入操作被紧密地附着到第一输出齿轮72，其中第一输出齿轮72设置成与环形齿轮12的输出轴同轴。因此，可实现动力可传递状态。

因此，发动机动力可通过环形齿轮12、第一输出齿轮72和减速齿轮76输出到驱动轮80，使得实现车辆的高速行驶。

在这种情况下，环形齿轮12的旋转动力可通过行星过桥齿轮14传递到第一液压驱动单元30。输送的动力可被用作将液压压力充进储能器52的动力。

液压冲入（Hydraulic Charge）模式（见图7）

在本发明的说明性实施方式中的液压冲入模式可在空挡模式下执行，而不是在驱动模式下执行。当变速杆处于空挡位置时，液压压力可以被释放从而终止第一液压驱动单元30的运转，然后发动机20可以运转。

因此，环形齿轮12的旋转动力，即发动机的动力，可以通过由行星过桥齿轮14支撑的双小齿轮传递到恒星齿轮16，并且同时，可被输送到第二液压驱动单元40。因此，被用作第二液压驱动单元40的液压电机或泵可被反向驱动，将被应用到第一和第二液压驱动单元30和40的液压油压缩地充入储能器52的油室56中。

同时，活塞58可通过油的压缩力移动到气室54，压缩气室54内的气体。因此，气室54内的压缩气体可以保持膨胀能量。

本发明提供以下效果。

根据本发明的示例性实施方式，提供一种高效率和性能的动力传动系统，其通过组合液压驱动单元、双小齿轮行星齿轮和同步式变速器而不增加电机系统的规格，考虑到扩展典型的混合动力车的驱动性能以实现用于混合动力车的无级变速器（CVT），其能够选择性地将发动机或液压驱动单元的动力传递到驱动轮，能够实现各种驱动模式并且使燃料效率最大化。

特别地，由于液压动力分流系统作为CVT，根据本发明的示例性实施方式的动力传动系能够使发动机在最佳的工作点运转，从而可以实现燃料效率的提高。

另外，由于通过在高车速下使用纯发动机模式从而防止在高速行驶期间液压动力分流系统的动力再循环现象（power recyclingphenomenon）导致效率迅速降低来增加效率，以补充动力分流系统的限制，可以预计燃料效率进一步提升。

此外，典型的电动混合动力需要各种昂贵的部件，例如电池和逆变器，而本发明的液压动力传动系统的每个部件的价格相对较便宜，因此相比于典型的混合动力型，本发明提供优异的价格。

本发明已参照示例性的实施方式做出详细的描述。然而，本领域技术人员应当理解可以对这些实施方式做出改变而不偏离本发明的原理和精神，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于混合动力车的液压动力传动系，包括：

双小齿轮行星齿轮组；

动力可传递地连接到所述双小齿轮行星齿轮组的一个操作部件的发动机；

动力可传递地连接到所述双小齿轮行星齿轮组的另一操作部件的第一液压驱动单元；

动力可传递地连接到所述双小齿轮行星齿轮组的剩余其他操作部件的第二液压驱动单元；

液压可供应地连接到所述第一液压驱动单元和所述第二液压驱动单元的液压供应单元；

连接到所述双小齿轮行星齿轮组的与所述发动机和所述第一液压驱动单元相连接的操作部件的输出轴从而将动力传递到驱动轮的输出齿轮组；以及

安装在所述双小齿轮行星齿轮组的与所述发动机相连接的操作部件的输出轴以控制发动机动力的动力中断单元。

2.根据权利要求1所述的液压动力传动系，其中所述发动机包括连接到所述双小齿轮行星齿轮组的操作部件中的环形齿轮上的输出轴。

3.根据权利要求1所述的液压动力传动系，其中所述第一液压驱动单元包括连接到所述双小齿轮行星齿轮组的操作部件中的行星过桥齿轮上的输出轴。

4.根据权利要求1所述的液压动力传动系，其中所述第二液压驱动单元包括连接到所述双小齿轮行星齿轮组的操作部件中的恒星齿轮上的输出轴。

5.根据权利要求1所述的液压动力传动系，其中所述第一液压驱动单元和所述第二液压驱动单元包括液压电机或液压泵。

6.根据权利要求1所述的液压动力传动系，其中所述液压供应单元包括储能器和贮液器，所述储能器存储液压能量或向所述第一和第二液压驱动单元供应液压能量，所述贮液器连接到所述储能器的排出管线。

7.根据权利要求6所述的液压动力传动系，其中所述储能器包括设在所述储能器的最内侧用以储存气体使得气体被压缩的气室、设在所述储能器的最外侧用以存储油使得油在此流入和流出的油室、以及设在所述气室与所述油室之间用以在气体膨胀时朝所述油室移动或在油加压时朝所述气室移动的活塞。

8.根据权利要求1所述的液压动力传动系，其中所述输出齿轮组包括：

设在环形齿轮的输出轴上以根据所述动力中断单元的动力许可或中断来旋转或停止旋转的第一输出齿轮，所述环形齿轮在所述双小齿轮行星齿轮组的操作部件中连接到所述发动机；

连接到行星过桥齿轮的输出轴并且同时所述第一输出齿轮啮合的第二输出齿轮，所述行星过桥齿轮在所述双小齿轮行星齿轮组的操作部件中连接到所述第一液压驱动单元；以及

降低所述第二输出齿轮的动力从而将动力传递至所述驱动轮的多个减速齿轮。

9.根据权利要求8所述的液压动力传动系，其中所述动力中断单元连接到与所述发动机相连接的所述环形齿轮的输出轴，从而在移动靠近所述第一输出齿轮时将所述环形齿轮的旋转动力传递至所述第一输出齿轮，或者在移动远离所述第一输出齿轮时中断所述环形齿轮的旋转动力向所述第一输出齿轮的传递。

10.根据权利要求8所述的液压动力传动系，其中在进入混合动力电动车辆（HEV）驱动模式时，其中同时驱动所述发动机、所述第一液压驱动单元和所述第二液压驱动单元，根据所述第一液压驱动单元的操作的动力被用作与即将输出至所述驱动轮的所述发动机的动力结合的辅助动力，并且所述第二液压驱动单元用于控制发动机工作点，同时通过所述双小齿轮行星齿轮组的恒星齿轮接收所述发动机的动力。